米倉山隧道豎井反井法施工技術(shù)探討

隨著(zhù)國家交通事業(yè)的大力發(fā)展，高速公路建設的迅速推進(jìn)，大力發(fā)展山區高速勢在必行。山區高速公路多沿河谷及山體岸坡布設，橋隧比相對較高，公路隧道建設大量增加，特別是特長(cháng)隧道越來(lái)越多。從特長(cháng)隧道運營(yíng)期間的安全、經(jīng)濟考慮等綜合考慮，多數采用豎井通風(fēng)。本文結合甘肅省成縣至武都高速公路11標建設米倉山隧道豎井工程實(shí)踐，結合地形、地質(zhì)、施工等影響因素，并用于工程實(shí)際，以指導施工。

1 工程概況

成縣至武都高速公路是蘭（州）海（口）高速公路和十（堰）天（水）高速公路的重要連接線(xiàn)，位于甘肅省隴南市，該地區為山嶺重丘區，受到地形地質(zhì)條件限制，隴南市自古以來(lái)交通欠發(fā)達，制約了隴南地區的經(jīng)濟發(fā)展。項目建成對于改善區域交通條件，構筑甘肅省綜合運輸大通道，拓展隴南經(jīng)濟活動(dòng)圈的范圍

和加快隴東南經(jīng)濟社會(huì )轉型跨越發(fā)展具有長(cháng)遠的社會(huì )效應和經(jīng)濟意義。項目所在地沿線(xiàn)地形、地質(zhì)復雜，沿線(xiàn)滑坡、崩塌等不良地質(zhì)普遍存在，受地形、地質(zhì)條件制約，本項目橋隧比例高達72.43%。其中米倉山特長(cháng)隧道右線(xiàn)全長(cháng)8694m；左線(xiàn)全長(cháng)8688m，采用常規縱向通風(fēng)方式不能滿(mǎn)足隧道通風(fēng)需要，施工圖設計采用豎井送排結合縱向射流通風(fēng)的方案，隧道左右線(xiàn)共用一個(gè)豎井，豎井設置在隧道左線(xiàn)左側，距離左線(xiàn)平面設計線(xiàn)110m，對應樁號為ZK55+628；通風(fēng)豎井內徑為

9.6m，長(cháng)度為174.62m；通風(fēng)豎井與隧道主洞間設置送風(fēng)聯(lián)絡(luò )通道、排風(fēng)聯(lián)絡(luò )通道、運輸通道、風(fēng)機房、人行橫通道及送排風(fēng)通道漸變段等洞室。


豎井圍巖主要為V、IV級圍巖：V級圍巖48.13m，以中～強風(fēng)化砂巖、礫巖為主；圍巖裂隙較發(fā)育，裂隙間夾軟弱泥層填充；有少量滲水、局部有線(xiàn)性滴水，圍巖強度低，自身穩定性較差；IV級圍巖126.5m，為中～微風(fēng)化砂巖、礫巖互層，紫紅色、中厚層狀，裂隙弱發(fā)育，巖體結構較完整，局部有少量裂隙滲水，巖體抗壓強度較低，圍巖整體穩定性較好；豎井進(jìn)口30處有小溪，裂隙水、滲透水局部存在。V級圍巖襯砌類(lèi)型SSJ-V采用：C25噴射混凝土26cm厚；R27中空注漿錨桿L=3.5m，間距100cm*100cm； I20a工字鋼間距100cm；二次襯砌采用50cm厚C25鋼筋混凝土。IV類(lèi)圍巖襯砌類(lèi)型SSJ-IV采用：C25噴射混凝土20cm厚；Φ22砂漿錨桿L=3.0m，間距100cm×100cm；I14工字鋼間距100cm；二次襯砌采用40cm厚C25混凝土。

2 豎井施工方案

根據施工圖紙及設計技術(shù)交底、結合豎井所在的地理位置及豎井自身的工程特點(diǎn)，為滿(mǎn)足豎井施工工期、確保工程質(zhì)量，豎井按以下步驟施工：井口排水溝等井口上部→井口鎖口施工→采用中心擴孔法施工導向孔→鉆爆擴孔及初期支護→襯砌施工。

2.1 施工方法選擇


根據豎井設計情況和工程地質(zhì)條件并結合施工棄渣、通風(fēng)等問(wèn)題，在綜合考慮施工質(zhì)量、進(jìn)度、安全、成本及技術(shù)積累等因素的基礎上，采用多次中心擴孔法進(jìn)行豎井施工，多次中心擴孔法即先采用反井鉆機鉆出一個(gè)小直徑的導井，再從上往下鑿巖爆破成較大的導井，最后再次從上往下鑿巖爆破成井。

豎井井壁具體施工思路為：

1）聯(lián)絡(luò )通道從主洞施工至豎井底部位置；

2）采用反井鉆機鉆直徑27cm的導向孔至豎井底部，與聯(lián)絡(luò )通道貫穿；

3）通過(guò)聯(lián)絡(luò )通道運送直徑200cm鉆頭至豎井底部，反井鉆采用200cm鉆頭自下而上反鉆擴孔，形成直徑200cm的導渣井；

4）采用鉆爆法沿導渣井自下而上鉆爆施工，形成直徑400cm的導渣井

5）采用礦井鉆爆法自上而下爆破開(kāi)挖至設計輪廓，初期支護同步跟進(jìn)，開(kāi)挖渣土沿導渣井順溜至豎井底部，采用運渣車(chē)通過(guò)聯(lián)絡(luò )通道和主動(dòng)左洞出渣。

6）豎井初期支護施工完后，自下而上進(jìn)行二次襯砌混凝土施工。

2.2機械設備配備情況

根據米倉山隧道通風(fēng)豎井的設計情況，針對本豎井的工程地質(zhì)情況，在選用所需的提升設備和鉆井設備中主要考慮一下問(wèn)題：①鉆機擴孔時(shí)所具備的拉力、轉速、扭矩等②提升設備所需具備的提升提拉力③豎井施工所需的風(fēng)水電。由于本豎井圍巖主要為V、IV類(lèi)圍巖，巖質(zhì)較差，故選擇ZFY2.0/400型鉆機，鉆機型號及技術(shù)參數如下(表一)：

提升設備采用10T龍門(mén)吊配合1臺風(fēng)、水、電管線(xiàn)的懸掛絞車(chē)?？諌簷C采用23m3兩臺，變壓器采用800KW一臺，水箱采用20m3高壓水箱。

3 豎井施工

根據豎井井口設計情況，采用人工配合機械施工豎井井口排水溝，井口上部開(kāi)挖以及臨時(shí)邊坡防護。

3.1 豎井鎖口

采用測量設備放出豎井設計中心點(diǎn)，標示出豎井鎖口圈開(kāi)挖輪廓線(xiàn)，采用鉆爆配合機械進(jìn)行開(kāi)挖，人工修整井壁，采用錨噴對外壁加固，綁扎基座鋼筋及井口環(huán)襯砌鋼筋，立模澆筑鎖口環(huán)基座及襯砌C25混凝土，鎖口內壁采用水泥漿抹平順，待模筑混凝土強度達到70%后回填C15片石混凝土，采用人工配合機械平整井口場(chǎng)地，并施做井口基座底部至井口爬梯及井口圍護欄。

3.2 導向孔施工

3.2.1 27cm直徑的導向孔施工

由于該豎井井口段屬于V類(lèi)圍巖，巖質(zhì)較差，先采用C25混凝土澆筑鉆機底座，底座混凝土強度達到后，采用龍門(mén)吊吊裝鉆機就位，安裝鉆機，測量鉆孔鉆桿垂直度，確保鉆孔精度。用濕鉆法下鉆成孔至設計豎井底，鉆頭采用27cm，形成一個(gè)直徑約28cm 的導孔。開(kāi)孔時(shí)根據現場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)圍巖情況（中強風(fēng)化砂巖圍巖強度較大），使用短鉆桿、低鉆壓、低鉆速的方法間斷推進(jìn)，鉆孔過(guò)程中，為保證導向孔豎直，采用扶正器扶住鉆桿確保鉆桿垂直度。短鉆桿鉆入圍巖后, 接入一節具有導向作用的穩定鉆桿, 待穩定鉆桿完全進(jìn)入導向孔內后, 逐步調整鉆壓和轉速, 進(jìn)行導向孔的正常鉆進(jìn)。鉆孔深達到50m后，鉆入穩定巖體時(shí)，啟動(dòng)液壓減壓鉆進(jìn)系統。鉆孔過(guò)程中遇到節理發(fā)育和破碎或軟弱圍巖時(shí), 鉆機容易產(chǎn)生振動(dòng)、卡鉆現象，需要安置穩定鉆桿，并減緩鉆壓、轉速, 間斷鉆進(jìn)。鉆孔過(guò)程中應做好鉆孔施工記錄，隨時(shí)掌握鉆孔深度、鉆進(jìn)速度，鉆桿鉆孔的垂直度，及鉆機自身的工作參數，要關(guān)注鉆孔渣樣的變化（原色、強度），及時(shí)排出鉆渣。

3.2.2 200cm直徑導渣孔擴挖施工

在豎井導向孔施工前，主洞和聯(lián)絡(luò )通道已經(jīng)貫通至豎井底部，擴孔施工所需更換的滾輪刀盤(pán)通過(guò)運載工具運送至豎井底部后，按照以下程序進(jìn)行導渣孔施工：

1）安裝直徑200cm擴孔滾輪刀盤(pán)；

2）孔口接入水管，以冷卻滾輪刀盤(pán)、消塵用；

3）將回轉變速裝置調為慢速擋；

4）調試擴孔滾輪刀盤(pán)，同時(shí)對擴孔巖面進(jìn)行刮平；

5）待擴孔滾輪刀盤(pán)與巖面均勻接觸后, 滾輪刀盤(pán)全部進(jìn)入基巖前，采用低鉆壓、低轉速進(jìn)行擴孔開(kāi)挖；

6）待滾輪刀盤(pán)全部進(jìn)入豎井圍巖后，調整鉆機的鉆壓、鉆速進(jìn)行正常擴孔開(kāi)挖，在豎井底部將道渣運輸至洞外棄渣場(chǎng)。

擴孔過(guò)程中根據巖層的實(shí)際情況調整擴孔壓力，巖石強度高進(jìn)度慢，需提高鉆壓，保持鉆速；巖石強度低則進(jìn)度快，需減小鉆壓，控制鉆速，要協(xié)調好鉆速和鉆壓的關(guān)系，使鉆機在一種較平穩的狀態(tài)下工作，保持較均勻的掘進(jìn)速度進(jìn)行擴孔開(kāi)挖。擴孔施工注意事項：為防止滾輪刀盤(pán)損壞，鉆機滾輪刀盤(pán)必須在有水的條件下工作；擴孔過(guò)程中出現進(jìn)尺異常時(shí)，應暫停施工，調查現場(chǎng)圍巖，檢查鉆機，查找出現異常原因，及時(shí)作出調整，不能盲目冒進(jìn)；導井快鉆通時(shí)，采用小軸壓，并控制鉆速，間斷推進(jìn)，避免突然貫通，造成卡鉆、主機移位、損壞機件等不良事情的發(fā)生。

擴孔法豎井施工鉆井進(jìn)度如下：

3.2.3 400cm直徑導渣孔擴挖施工 200cm導渣井形成后，在豎井底部拆卸200cm滾輪刀盤(pán)，清修并將鉆機撤離鉆井施工離場(chǎng)。采用風(fēng)鉆鉆孔爆破方式：每循環(huán)開(kāi)挖為180cm～200cm，爆破原理為多眼弱爆破。炮眼布置如下：炮眼采用人工站在施工吊籃上手持風(fēng)鉆鉆孔，炮眼深度為100cm，環(huán)向布眼，三環(huán)布置，周邊眼間距60cm共50眼，掏槽眼間距45cm共28眼，輔助眼間距65cm共20眼。將直徑為200cm導向孔通過(guò)鉆爆方式逐步擴孔至400cm，并調裝600cm直徑的導渣井蓋盤(pán)。鋼蓋板作用包括：防止渣土隨意掉落井底；方便調運小型發(fā)掘機；方便調運提升籠等。400cm導渣孔鉆爆擴孔時(shí)施工直徑180cm吊籃作為施工平臺，吊籃采用上下3cm圓形鋼蓋板制作。

3.3 鉆爆擴孔及初期支護

鉆爆擴孔形成直徑約4m的導渣井后, 為防止井口周邊施工人員及碎石、雜物掉入井內，在井口周邊安裝安全護欄及攔渣網(wǎng)。在井口設置10T龍門(mén)吊，牽引垂直運輸吊籃，供人員、小型機械及施工材料進(jìn)行上下運輸；豎井采用由上而下進(jìn)行鉆爆擴孔開(kāi)挖，采用小型機械配合人工利用導渣孔從隧道主洞出渣；洞渣清理完成后，及時(shí)用導渣井蓋盤(pán)封蓋導渣孔，進(jìn)行初期支護施工。

井口土質(zhì)圍巖地段采用小型機械結合人工手持風(fēng)鎬開(kāi)挖，每循環(huán)進(jìn)尺1m；石質(zhì)地段V級圍巖采用預裂爆破結合小型機械開(kāi)挖, 每循環(huán)進(jìn)尺1m；Ⅳ 級圍巖采用光面爆破結合小型機械開(kāi)挖，每循環(huán)視圍巖情況進(jìn)尺1～2m。合理布置炮眼、控制炸藥用量，提高爆破效率，確保洞渣粒徑能順利的通過(guò)導渣孔。

加強豎井施工測量放樣，用儀器準確描出開(kāi)挖輪廓線(xiàn),確保每循環(huán)孔底保持在同一平面上，保證豎井開(kāi)挖垂直度。

3.4 出渣通風(fēng)

爆破完成后，通過(guò)主洞及聯(lián)絡(luò )通道采用低噪音軸流風(fēng)機來(lái)通風(fēng)排煙。通風(fēng)排煙與30分鐘后，采用10T龍門(mén)吊將導渣井蓋盤(pán)吊裝至開(kāi)挖面，導井蓋盤(pán)穩固后，將小型挖掘機吊放至導井蓋盤(pán)上。挖掘機開(kāi)向側壁，龍門(mén)吊將蓋盤(pán)內圈蓋板吊出豎井。采用小型機械配合人工利用導渣孔將渣土溜至豎井底部。采用8輪運載車(chē)配合裝載機將渣土通過(guò)聯(lián)絡(luò )通道及主動(dòng)運倒至棄土場(chǎng)。

3.5 初期支護

豎井初期支護施工順序: 通風(fēng)排塵→封蓋導渣孔→清理危石→處理欠挖→初噴混凝土→打設錨桿→安裝鋼架→掛鋼筋網(wǎng)→噴射混凝土→監控量測→反饋、調整支護參數。

本豎井初期支護施工過(guò)程中，為了加快施工進(jìn)度和加強安全環(huán)保管控，針對豎井初噴混凝土的輸送問(wèn)題，特意制作一個(gè)初噴料漏斗。初噴料漏斗制做安裝如下：通過(guò)3cm鋼板焊制一個(gè)漏口30cm的漏斗，后用無(wú)縫鋼管焊接加固在漏斗上，然后用Φ22鋼筋用鎖腳錨桿的方式打入初期支護，扣鎖住漏斗鋼管，這樣一直接入至豎井支護面。至支護面后通過(guò)斜槽將噴漿料引入噴漿機。通過(guò)噴漿漏斗裝置，減少了人工、提高了工作效率，減少了環(huán)境污染、提高了施工安全，大大增加施

工效益。

3.6 襯砌施工

待整個(gè)豎井鉆爆擴孔成井初期支護施工完后后，為保證井壁混凝土施工進(jìn)度、質(zhì)量，二次襯砌從下向上采用自升式液壓爬模工藝施工。

3.6.1 模板系統設計 自升式液壓模板系統主要由：鋼模板，支撐架，上、中、下平臺，支腿，千斤頂撐桿及液壓系統，砼振搗裝置組成。模板系統分為送風(fēng)道、排風(fēng)道分兩個(gè)部分,中、下平臺同作為整個(gè)模板系統的支撐平臺。整個(gè)模架滑、升采用行程1m的液壓千斤頂完成,液壓系統分為模板伸縮和提升兩個(gè)部分,采用兩套液壓泵,分別控制相應部分。


豎井襯砌施工爬架平面圖 豎井襯砌施工爬架立面圖

注：1-井架；2-模板；3-千斤頂；4-架勁梁；5-中平臺；6-下平臺；7-支腿；8-爬升液壓千斤頂。

砼振搗裝置采用安裝在模板上的附著(zhù)式振動(dòng)器形式并結合人工振搗，整個(gè)模板系統共布置20個(gè)HZ2-5型(1. 1kW)和HZ2-5A型( 1. 5kW) 。為保證施工中其他材料及砼進(jìn)入工作面，上平臺應預留一定的凈空。中、下平臺通過(guò)爬升千斤頂相連接，支腿應固定于平臺的端部，可以進(jìn)行水平、自由伸縮。

3.6.2 爬模施工

在整個(gè)爬模系統中, 以100cm高模板作為接口模板,每次爬升高度為2.0m，砼澆注高度為2.0m。爬模施工步驟主要為脫模、爬升、校正模?；瑫r(shí)，下平臺

不動(dòng)，收起中平臺的支腿，開(kāi)啟液壓系統，頂升中平臺及以上爬架、鋼模板等；頂升到位后支好中平臺支腿，收起下平臺支腿，油缸回油后把下平臺提升1.0m，固定好支腿，重復上述步驟，完成爬升全部過(guò)程。爬架爬升前應對所有焊接部位、連接螺栓進(jìn)行檢查，并進(jìn)行檢驗試爬，試爬合格后方可投入施工。每節段施工后，需將預留槽填補并注意砼養生。砼抗壓強度達到0.5MPa時(shí)才可拆除模板，當強度達到2.5MPa后，方可進(jìn)行模板爬升。

3.6.3 混凝土施工

襯砌模筑砼采用在主洞附近就近建設的拌和站集中拌和運輸。從施工成本控制、施工時(shí)間、施工安全及其他方面進(jìn)行綜合比選，采用從井口用吊桶將砼送至工作面入模的施工方案。砼從井口吊送至工作面后，利用溜槽，并采用人工輔助分料入模，利用附著(zhù)在模板上的附著(zhù)式振搗器將砼振搗密實(shí)。

特殊部位襯砌模筑施工為馬頭口處模筑襯砌施工，馬頭口處襯砌施工采用混凝土泵送車(chē)將混凝土泵送至模板內，再采用輔助振搗和人工振搗相結合的方式施工。

本豎井砼襯砌施工順序為先施工馬頭口處，待強度合格后自下而上依次砼襯砌施工。

部分工藝、裝備圖：

擴孔法施工工藝具體流程圖

3.9 監控、監測

根據本豎井施工特點(diǎn)和工程地質(zhì)情況，豎井施工監控、檢測工作主要分為地質(zhì)監控、環(huán)境檢測兩部分來(lái)進(jìn)行。

根據設計圖紙要求，結合現場(chǎng)施工環(huán)境和工程實(shí)際情況，本工程的監控量測是由工程的安全監測和環(huán)境監測兩部分組成，其首要目的是掌握隧道圍巖及周?chē)h(huán)境在隧道施工過(guò)程的變形，應該及時(shí)將監測情況反饋給設計和施工單位，確保本工程順利進(jìn)行。根據設計文件及相關(guān)設計技術(shù)規范，針對以上監控項目制定相應的、符合要求的監控周期和頻率。

4 總結與建議

成武高速公路米倉山特長(cháng)隧道通風(fēng)豎井, 采用反井擴挖法的施工工藝, 在工程進(jìn)度、質(zhì)量、安全、環(huán)保、經(jīng)濟等方面具有明顯的優(yōu)勢。主要表現在以下幾點(diǎn)：

1.利用導渣孔從洞內出渣，不破壞地表植被、不影響周邊環(huán)、減少用地,環(huán)保效益顯著(zhù)同時(shí)大大提高出渣速度加快工程進(jìn)度；

2.鉆機導向孔的施工，直接明了的給后期施工提供了準確的地質(zhì)情況，提高施工安全；

3.通風(fēng)豎井反井擴孔法工藝在米倉山隧道豎井施工過(guò)程中，擴孔成井質(zhì)量好、速度快。施工過(guò)程中安全、質(zhì)量、成本、環(huán)保等管理科學(xué)合理，開(kāi)啟了甘肅省山嶺地區特長(cháng)隧道通風(fēng)豎井施工的新模式。


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